Hvordan DNA bevares i arkæologiske sedimenter i tusinder af år

Sedimenter, hvori arkæologiske fund er indlejret, er længe blevet betragtet af de fleste arkæologer som uvæsentlige biprodukter fra udgravninger. Men i de senere år har det vist sig, at sedimenter kan indeholde ældgamle biomolekyler, herunder DNA. "Hentningen af ​​gammelt menneske- og fauna-DNA fra sedimenter giver spændende nye muligheder for at undersøge den geografiske og tidsmæssige fordeling af gamle mennesker og andre organismer på steder, hvor deres skeletrester er sjældne eller fraværende," siger Matthias Meyer, seniorforfatter af undersøgelsen og forsker ved Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig.

For at undersøge oprindelsen af ​​DNA i sedimentet gik Max Planck-forskere sammen med en international gruppe af geoarkæologer - arkæologer, der anvender geologiske teknikker til at rekonstruere dannelsen af ​​sediment og steder - for at studere DNA-bevarelse i sediment i mikroskopisk skala. De brugte uforstyrrede blokke af sediment, der tidligere var blevet fjernet fra arkæologiske steder og gennemblødt i syntetisk plastiklignende (polyester) harpiks. De hærdede blokke blev taget til laboratoriet og skåret i sektioner til mikroskopisk billeddannelse og genetisk analyse.

Forskerne har med succes udvundet DNA fra en samling af blokke af sediment, der var forberedt for så længe som 40 år siden, fra steder i Afrika, Asien, Europa og Nordamerika. "Den kendsgerning, at disse blokke er en fremragende kilde til ældgammelt DNA - inklusive det, der stammer fra homininer - på trods af ofte årtiers opbevaring i plastik, giver adgang til et stort uudnyttet lager af genetisk information. Undersøgelsen åbner op for en ny æra af ældgamle DNA-studier som vil gense prøver gemt i laboratorier, hvilket giver mulighed for analyse af websteder, der for længst er blevet udfyldt, hvilket er særligt vigtigt i betragtning af rejserestriktioner og websteds utilgængelighed i en pandemisk verden," siger Mike Morley fra Flinders University i Australien, der ledede nogle af de geoarkæologiske analyser.

Mængde af mikrorester i sedimentmatrixen

Forskerne brugte blokke af sediment fra Denisova-hulen, et sted beliggende i Altai-bjergene i det sydlige centrale Sibirien, hvor gammelt DNA fra neandertalere, denisovanere og moderne mennesker er blevet hentet, og viste, at små organiske partikler gav mere DNA end sediment, der blev udtaget tilfældigt. "Det viser tydeligt, at den høje succesrate for gammel pattedyrs DNA-hentning fra Denisova Cave-sedimenter kommer fra overfloden af ​​mikrorester i sedimentmatrixen snarere end fra frit ekstracellulært DNA fra afføring, kropsvæsker eller nedbrydende cellevæv, der potentielt er adsorberet på mineralkorn, " siger Vera Aldeias, medforfatter af undersøgelsen og forsker ved universitetet i Algarve i Portugal. "Denne undersøgelse er et stort skridt tættere på at forstå præcis, hvor og under hvilke forhold gammelt DNA er bevaret i sedimenter," siger Morley.

Den fremgangsmåde, der er beskrevet i undersøgelsen, tillader meget lokaliseret mikroskala prøvetagning af sediment til DNA-analyser og viser, at gammelt DNA (aDNA) ikke er ensartet fordelt i sedimentet; og at specifikke sedimenttræk er mere befordrende for gammel DNA-bevaring end andre. "At forbinde sediment-aDNA til den arkæologiske mikro-kontekst betyder, at vi også kan adressere muligheden for fysisk bevægelse af aDNA mellem sedimentære aflejringer," siger Susan Mentzer, forsker ved Senckenberg Center for Human Evolution and Palaeoenvironment (Tyskland).

Diyendo Massilani, hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, var i stand til at genvinde betydelige mængder neandertaler-DNA fra kun et par milligram sediment. Han kunne identificere kønnet på de individer, der efterlod deres DNA, og viste, at de tilhørte en befolkning relateret til en neandertaler, hvis genom tidligere var rekonstrueret ud fra et knoglefragment opdaget i hulen. "Neandertaler-DNA'et i disse små prøver af plastik-indlejret sediment var langt mere koncentreret, end hvad vi typisk finder i løst materiale," siger han. "Med denne tilgang bliver det muligt i fremtiden at analysere DNA'et fra mange forskellige oldtidsmenneskelige individer ud fra blot en lille terning af størknet sediment. Det er morsomt at tænke på, at det formentlig er tilfældet, fordi de brugte hulen som toilet i 10. tusinder af år siden."

Forskningen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .